JP5191634B2 - 定着ベルト及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真方式の画像形成装置において転写紙への画像定着に用いる定着ベルト及びその製造方法に関する。
従来、電子写真方式の画像形成装置における転写紙への画像定着法として、ベルト定着方式が知られている。ベルト定着方式に用いる定着ベルトとしては、耐熱性や機械強度に優れたポリイミド樹脂からなる単層のベルト、あるいはポリイミド樹脂内層とフッ素樹脂製外層からなる多層ベルトが知られているが、ポリイミド樹脂を用いたベルトはベルト全体としてのクッション性に劣るためトナー定着性が不十分となり、鮮明なトナー画像を得難いという問題があった。 そこで、ポリイミド樹脂製ベルトの外周面に、シリコーンゴム又はフッ素ゴム製外層を設けた多層定着ベルトが提案されている（特許文献１〜４）。
特開平５−３０５６８１号公報
特開２０００−１８１２５７号公報
特開平１０−１６１４４８号公報
特開２００１−５１５３５号公報
しかし、これらの複合管状体では、ベルト表面のクッション性が向上してトナー定着性が良好になるものの、使用しているシリコーンゴム又はフッ素ゴムの耐熱性が充分ではないため、長期間定着ベルトとして使用した場合にシリコーンゴム又はフッ素ゴムの熱劣化が起こり、トナー定着性が低下するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、良好なトナー定着性を確保しつつ、長期間使用しても、熱劣化等によるトナー定着性の低下が起こらない定着ベルトを提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意研究したところ、意外にもポリイミドフィルムからなるベルトの少なくとも一方の面に多孔質ポリイミドフィルム層を設けることにより上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨は、第一に、厚み２０〜５００μｍの多孔質ポリイミドフィルム層と、この層の両面に積層一体化されたポリイミドフィルム層とを備えた定着ベルトである。第二に、エーテル系溶媒とこのエーテル系溶媒より低沸点のアミド系溶媒とを含有するポリイミド前駆体溶液を加熱乾燥・イミド化させて多孔質ポリイミドフィルム層を形成する工程を含むことを特徴とする前記定着ベルトの製造方法である。第三に、エーテル系溶媒がトリグライムであり、アミド系溶媒がジメチルアセトアミドであることを特徴とする前記定着ベルトの製造方法である。
本発明の定着ベルトによると、多孔質ポリイミドフィルム層とポリイミドフィルム層とを積層一体化することで、耐熱性とクッション性に優れるため、良好なトナー定着性が確保されるとともに、長期間使用しても、熱劣化等によるトナー定着性の低下が起こらないという利点を有している。
以下、本発明について詳細に説明する。
〔ポリイミド〕
本発明において、ポリイミドとは、構造式（１）で示される繰返し単位を有するホモポリマーまたはコポリマーをいう。これらのポリイミドの中で、ＤＳＣ測定によるガラス転移点が２５０℃以上のポリイミドが好ましく、ガラス転移点が３５０℃以上のポリイミドがより好ましく用いられる。
本発明において、ポリイミドとは、構造式（１）で示される繰返し単位を有するホモポリマーまたはコポリマーをいう。これらのポリイミドの中で、ＤＳＣ測定によるガラス転移点が２５０℃以上のポリイミドが好ましく、ガラス転移点が３５０℃以上のポリイミドがより好ましく用いられる。
ここで、Ｒは４価の芳香族残基から選ばれる基を示し、好ましくは下記に示した構造式から選ばれる。
また、Ｒ’は１〜４個の炭素６員環を有する２価の芳香族残基を示す。Ｒ’としては次のようなものが例示される。
〔ポリイミドフィルム〕
本発明において、ポリイミドフィルムとは上記ポリイミドからなる無孔フィルムをいい、このフィルム断面には口径１μｍ以上の気孔が存在しないものである。
本発明において、ポリイミドフィルムとは上記ポリイミドからなる無孔フィルムをいい、このフィルム断面には口径１μｍ以上の気孔が存在しないものである。
〔多孔質ポリイミドフィルム〕
本発明の多孔質ポリイミドフィルムとは、上記ポリイミドからなり、フィルム断面には口径１μｍ以上の気孔が多数存在するフィルムを言う。
本発明の多孔質ポリイミドフィルムとは、上記ポリイミドからなり、フィルム断面には口径１μｍ以上の気孔が多数存在するフィルムを言う。
〔ポリイミド前駆体溶液〕
本発明のポリイミド前駆体溶液は、閉環して（すなわち、イミド環構造が得られて）ポリイミドとなる有機ポリマーであるポリイミド前駆体と、このポリイミド前駆体を溶解させる溶媒とからなる。
本発明のポリイミド前駆体溶液は、閉環して（すなわち、イミド環構造が得られて）ポリイミドとなる有機ポリマーであるポリイミド前駆体と、このポリイミド前駆体を溶解させる溶媒とからなる。
〔ポリイミド前駆体〕
本発明におけるポリイミド前駆体とは、構造式（２）で示される繰返し単位を有するポリアミド酸のホモポリマーまたはコポリマー、または部分イミド化したポリアミド酸のホモポリマーまたはコポリマーである。
本発明におけるポリイミド前駆体とは、構造式（２）で示される繰返し単位を有するポリアミド酸のホモポリマーまたはコポリマー、または部分イミド化したポリアミド酸のホモポリマーまたはコポリマーである。
ここで、Ｒは４価の芳香族残基から選ばれる基を示し、好ましくは下記に示した構造式から選ばれる。
また、Ｒ’は１〜４個の炭素６員環を有する２価の芳香族残基を示す。Ｒ’としては次のようなものが例示される。
本発明においてポリイミドフィルム形成用のポリイミド前駆体溶液に使用される溶媒としてはアミド系溶媒が好ましい。
また多孔質ポリイミドフィルム形成用のポリイミド前駆体溶液に使用される溶媒としては、エーテル系溶媒とこのエーテル系より沸点が低いアミド系溶媒とを含有する混合溶媒が好ましく用いられる。アミド系溶媒の沸点がエーテル系溶媒の沸点よりも低くない場合には、十分に気孔率の高い多孔質ポリイミドフィルムを得ることができなかったり、気孔サイズに著しくムラが生じたりする場合がある。
アミド系溶媒としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）等が好ましく用いられ、ＤＭＡｃがより好ましく用いられる。
また、エーテル系溶媒としては、例えば、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグライム）等が好ましく用いられ、トリグライムがより好ましく用いられる
上記混合溶媒中のエーテル系溶媒は、混合溶媒の３５〜９５質量％の範囲が好ましい。より好ましくは４０〜９０質量％、さらに好ましくは４５〜８０質量％の範囲である。
上記混合溶媒中のエーテル系溶媒は、混合溶媒の３５〜９５質量％の範囲が好ましい。より好ましくは４０〜９０質量％、さらに好ましくは４５〜８０質量％の範囲である。
ポリイミド前駆体溶液におけるポリイミド前駆体の濃度は、１〜６０質量％が好ましく、３〜４５質量％がより好ましく、５〜４０質量％がさらに好ましい。
ポリイミド前駆体溶液の３０℃における粘度は１〜３０Ｐａ・ｓの範囲が好ましく、２０〜２００Ｐａ・ｓがより好ましい。
さらに、ポリイミド前駆体溶液には、必要に応じて例えば、各種界面活性剤、有機シラン、顔料、導電性のカーボンブラックおよび金属微粒子および耐熱性プラスチックのような充填材、摩擦調整材、誘電体、潤滑材等のほか、公知の添加物を本発明の効果を損なわない範囲で添加することができる。また、他の重合体が本発明の効果を損なわない範囲で添加されていてもよい。
ポリイミド前駆体溶液は、前記した溶媒中で、モノマーであるテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを重合させることにより製造することができる。すなわち、前記Ｒを骨格とする芳香族系テトラカルボン酸二無水物および前記Ｒ’を骨格とする芳香族系ジアミンとを、前記溶媒中で重合反応させる。反応温度は、−３０〜１２０℃が好ましく、−２０〜８０℃がより好ましい。反応時間は、１〜４００分が好ましく、５〜２００分がより好ましい。モノマー濃度としては、１〜４０質量％が好ましく５〜３０質量％がより好ましい。テトラカルボン酸二無水物とジアミンの反応は等モルの比率で行うのが好ましいが、これらのモノマーの比率を若干変動させることにより、ポリアミド酸の重合度を任意に調節することができる。この重合反応によって、本発明に用いることのできる均一なポリイミド前駆体溶液が得られる。また、本発明においては、ポリイミド前駆体溶液として一般市販品を利用することもできる。
〔定着ベルト〕
前記ポリイミド前駆体溶液から、例えば以下の製膜方法によって本発明の定着ベルトを得ることができる。すなわち、ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型表面に塗工し、１０〜２００℃で０．１〜４時間乾燥する。得られたポリイミド前駆体フィルム基材上に多孔質フィルム形成用のポリイミド前駆体溶液を同様に塗工し、複合層を形成させ、その後、これを２５０〜４００℃で０．５〜５時間加熱し、イミド化して多孔質ポリイミドフィルムとポリイミドフィルムとを積層一体化させる。しかる後、円筒状金型より被覆物を剥離することにより本発明の定着ベルトを得ることができる。
前記ポリイミド前駆体溶液から、例えば以下の製膜方法によって本発明の定着ベルトを得ることができる。すなわち、ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型表面に塗工し、１０〜２００℃で０．１〜４時間乾燥する。得られたポリイミド前駆体フィルム基材上に多孔質フィルム形成用のポリイミド前駆体溶液を同様に塗工し、複合層を形成させ、その後、これを２５０〜４００℃で０．５〜５時間加熱し、イミド化して多孔質ポリイミドフィルムとポリイミドフィルムとを積層一体化させる。しかる後、円筒状金型より被覆物を剥離することにより本発明の定着ベルトを得ることができる。
ポリイミド多孔質フィルムとポリイミドフィルムの化学構造は同一であっても異なっていてもよい。また、ポリイミド前駆体の積層順序は上記と逆でもよい。本発明においては、上記多孔質フィルム上にさらにポリイミドフィルム層が積層されていることが必要である。
本発明において、乾燥条件等を選べば、多孔質フィルム形成用のポリイミド前駆体溶液のみを用い、この前駆体溶液を金型表面に塗工、乾燥、イミド化するだけで本発明の定着ベルトを得ることもできる。この場合、ポリイミド多孔質フィルムとポリイミドフィルムの化学構造は同一となる。
さらに、本発明においては、定着ベルトとしての離形性を向上させるために多孔質ポリイミドフィルムまたはポリイミドフィルムの表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂フィルムを積層することもできる。またはＰＴＦＥ,ＰＦＡ等のフッ素樹脂をコーティングすることも出来る。
本発明の定着ベルトにおいて、ポリイミドフィルム層の厚みは１〜２００μｍが好ましく、１０〜１００μｍがより好ましい。また、多孔質ポリイミドフィルム層の厚みは２０〜５００μｍとすることが必要であり、２０〜２００μｍが好ましい。
また、多孔質ポリイミドフィルム層の気孔率は２０〜９０体積％が好ましく、４０〜８０体積％がより好ましい。
前記ポリイミドフィルム層の厚み、多孔質ポリイミドフィルム層の厚み、気孔率は、前記混合溶媒のアミド系溶媒とエーテル系溶媒の種類や比率、基材上への塗工膜厚、乾燥条件など、塗工条件を選ぶことにより調節することができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお本発明は実施例により限定されるものではない。
［実施例１］
円筒状金型にポリイミド前駆体溶液（ユニチカ社製ＵイミドワニスＹＤ Ａ−３０）を４００μｍの均一な厚みに塗工し、１００℃のオーブンの中で６０分保持し半乾燥させた。なお、このポリイミド前駆体溶液は溶媒としてジメチルアセトアミドを、ポリイミド前駆体としてビフェニルベンゼンテトラカルボン酸二無水物および４，４’−オキジアニリンとからなるポリアミック酸を含有するポリイミド前駆体溶液であり、ポリイミド前駆体濃度は３３質量％、３０℃での粘度は８０Ｐａ・ｓであった。
円筒状金型にポリイミド前駆体溶液（ユニチカ社製ＵイミドワニスＹＤ Ａ−３０）を４００μｍの均一な厚みに塗工し、１００℃のオーブンの中で６０分保持し半乾燥させた。なお、このポリイミド前駆体溶液は溶媒としてジメチルアセトアミドを、ポリイミド前駆体としてビフェニルベンゼンテトラカルボン酸二無水物および４，４’−オキジアニリンとからなるポリアミック酸を含有するポリイミド前駆体溶液であり、ポリイミド前駆体濃度は３３質量％、３０℃での粘度は８０Ｐａ・ｓであった。
次に、ポリイミド前駆体溶液（ユニチカ社製ＵイミドワニスＹＤ−ＣＦ１８）を半乾燥させたポリイミド前駆体膜の上に４００μｍの均一な厚みに塗工し、１００℃の乾燥機の中で１０分保持し半乾燥させた後、３５０℃まで６０分間で昇温し、同温度で３０分間保持させることでイミド化を行った。なお、このポリイミド前駆体溶液は溶媒としてＤＭＡｃとトリグライムを含み、ポリイミド前駆体としてビフェニルベンゼンテトラカルボン酸二無水物および４，４’−オキジアニリンとからなるポリアミック酸を含有するポリイミド前駆体溶液であり、ポリイミド前駆体濃度は２０質量％、３０℃での粘度は６５Ｐａ・ｓであった。
室温まで自然冷却させた後、金型より脱型を行うことで、図１に示すようなポリイミド基材層（厚み：８０μｍ）と多孔質ポリイミド層（厚み：２００μｍ）とが積層一体化された総厚２８０μｍの定着ベルトを得た。
得られた定着ベルトを所定幅に切断して図３に示す画像定着装置の定着用ベルトとして用いたところ、良質な画像が得られた。そして、この装置を用い連続通紙試験行なったところ、５万枚通紙後でもベルトの蛇行等による走行不良は生じず、得られた画像は良質であった。
［実施例２］
ポリイミド基材層及び多孔質ポリイミド層となるためのポリイミド前駆体溶液を塗工し１００℃にて１０分保持乾燥させるところまでは、実施例１と同様の操作をおこなって、半乾燥のポリイミド前駆体膜を得た。次にこの半乾燥状態にあるポリイミド前駆体膜上に、プライマーとしてフッ素樹脂系ディスパージョン（ダイキン工業株式会社製ＥＫ１９５９Ｓ−２０１）を浸漬塗工した後、１００℃の乾燥機中で１０分保持し乾燥させた後、３５０℃まで６０分間で昇温し、同温度にて３０分間保持させることでイミド化をおこなうとともに、プライマーの焼付けを行った。室温まで自然冷却させた後、脱型を行い、表層にプライマー層を有し、ポリイミド基材層と多孔質ポリイミド層とが積層一体化されたベルトを得た。
ポリイミド基材層及び多孔質ポリイミド層となるためのポリイミド前駆体溶液を塗工し１００℃にて１０分保持乾燥させるところまでは、実施例１と同様の操作をおこなって、半乾燥のポリイミド前駆体膜を得た。次にこの半乾燥状態にあるポリイミド前駆体膜上に、プライマーとしてフッ素樹脂系ディスパージョン（ダイキン工業株式会社製ＥＫ１９５９Ｓ−２０１）を浸漬塗工した後、１００℃の乾燥機中で１０分保持し乾燥させた後、３５０℃まで６０分間で昇温し、同温度にて３０分間保持させることでイミド化をおこなうとともに、プライマーの焼付けを行った。室温まで自然冷却させた後、脱型を行い、表層にプライマー層を有し、ポリイミド基材層と多孔質ポリイミド層とが積層一体化されたベルトを得た。
得られた定着ベルトを円筒状の金属パイプに嵌めて、その上にシームレスＰＦＡチューブを被覆した後、オーブン内にて３６０℃まで３時間で昇温を行い、３０分保持させることで、ポリイミドベルトとＰＦＡチューブを融着させて、図２に示すような、表面に離型層（２０μｍ）を有する、ポリイミド基材層（厚み：８０μｍ）と多孔質ポリイミド層（厚み：２００μｍ）とが積層一体化された総厚３００μｍの定着ベルトを得た。
得られた定着ベルトを実施例１と同様にして定着用ベルトとして使用したところ、オフセット性が良好で、得られた画像も良質であった。そして、この装置を用い連続通紙試験行なったところ、５万枚通紙後でもベルトの蛇行等による走行不良は生じず、得られた画像は良質であった。
［比較例１］
円筒状金型にポリイミド前駆体溶液（ユニチカ社製ＵイミドワニスＹＤ Ａ−３０）を４００μｍの均一な厚みに塗工し、１００℃のオーブンの中で１０分保持し半乾燥させた後、３５０℃まで６０分間で昇温し、同温度で３０分間保持させることでイミド化を行った。得られたポリイミドフィルム層（厚み：８０μｍ）の外面に、ポリアミドイミド溶液（東洋紡製ＮＡＩ８０２０）をＮＭＰで希釈した溶液を塗工し、乾燥させた後（厚み：約５μｍ）、その上に、ＲＴＶシリコーン（信越シリコーン製ＫＥ１８３３）溶液を塗工、乾燥してシリコーン樹脂層（厚み：２１０μｍ）を形成させ、次いで脱型することにより、総厚３００μｍの定着ベルトを得た。
円筒状金型にポリイミド前駆体溶液（ユニチカ社製ＵイミドワニスＹＤ Ａ−３０）を４００μｍの均一な厚みに塗工し、１００℃のオーブンの中で１０分保持し半乾燥させた後、３５０℃まで６０分間で昇温し、同温度で３０分間保持させることでイミド化を行った。得られたポリイミドフィルム層（厚み：８０μｍ）の外面に、ポリアミドイミド溶液（東洋紡製ＮＡＩ８０２０）をＮＭＰで希釈した溶液を塗工し、乾燥させた後（厚み：約５μｍ）、その上に、ＲＴＶシリコーン（信越シリコーン製ＫＥ１８３３）溶液を塗工、乾燥してシリコーン樹脂層（厚み：２１０μｍ）を形成させ、次いで脱型することにより、総厚３００μｍの定着ベルトを得た。
得られた定着ベルトを実施例１と同様にして定着用ベルトとして用いたところ、良質な画像が得られた。しかし、この装置を用い連続通紙試験行なったところ、３万枚通紙した時点でベルトの劣化により蛇行による走行不良が発生し，得られた画像にも濃淡が発生した。
１：ポリイミド基材層
２：多孔質ポリイミド層
３：離型層
４：ヒータ
５：トナー（未定着）
６：画像
７,８：ローラ
９：転写紙
１０：定着ベルト
１１：加圧ローラ
２：多孔質ポリイミド層
３：離型層
４：ヒータ
５：トナー（未定着）
６：画像
７,８：ローラ
９：転写紙
１０：定着ベルト
１１：加圧ローラ
Claims (3)
- 厚み２０〜５００μｍの多孔質ポリイミドフィルム層と、この層の両面に積層一体化されたポリイミドフィルム層とを備えた定着ベルト。
- エーテル系溶媒とこのエーテル系溶媒より低沸点のアミド系溶媒とを含有するポリイミド前駆体溶液を加熱乾燥・イミド化させて多孔質ポリイミドフィルム層を形成する工程を含む請求項１記載の定着ベルトの製造方法。
- エーテル系溶媒がトリグライムであり、アミド系溶媒がジメチルアセトアミドである請求項２記載の定着ベルトの製造方法。
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